ĐỀ ÁN " THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG " pot

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU
KHIỂN TỰ ĐỘNG
Giáo viên hướng dẫn : Bùi Trương Vĩ
Nhóm sinh viên thực hiện : Đoàn Ngọc Hậu
Đồng Thành Đạt
Phạm Thanh Phương
Đồ án môn học thiết kế hệ thống điều khiển tự động
GVHD:Bùi Trương Vĩ
LỜI NÓI ĐẦU 3
Chương I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MÁY 4
Nguyên lý làm việc: 4
II.Khả năng ứng dụng vào thực tế: 6
Chương II: PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN VÀ THIẾT KẾ MÁY 6
Phân tích các phương án và chọn phương án thiết kế máy: 6
1.Chọn phương án cắt: 6
2.Chọn hệ thống cấp và thoát phôi: 7
3.Chọn hệ thống cung cấp chuyển động tịnh tiến cho lưỡi cưa: 7
Tính toán hệ thống dẫn động băng tải: 9
1.Tính toán băng tải: 9
1.Thiết kế bộ truyền xích: 11
1.Thiết kế bộ truyền bánh răng: 13
Định ứng suất cho phép: 13
Ứng suất tiếp cho phép: 13
Ứng suất uốn cho phép: 14
2.Thiết kế trục: 16
III Cơ cấu kẹp phôi: 20
Chương III: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 22
Hệ thống điều khiển mạch điện: 22
Hệ thống điều khiển bằng khí nén: 22
SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang2

Đồ án môn học thiết kế hệ thống điều khiển tự động
GVHD:Bùi Trương Vĩ
LỜI NÓI ĐẦU
Đồ án môn học là một trong những đồ án đúc kết lại quá trình học tập
của sinh viên qua nhiều môn học. Nó là tiền đề cho đồ án tốp nghiệp sau này cũng
như là giúp sinh viên nhận thức bước đầu công việc sau này phải làm
Trong các đồ án môn học, thì đồ án hệ thống điều khiển tự động là
một đồ án cũng rất quan trọng. Nó là một đồ án đúc kết từ nhiều môn học khác
nhau như: sức bền vật liệu, điều khiển thuỷ lực và khí nén, máy công cụ, cơ sở
thiết kế máy, kỹ thuật điều khiển tự động, điều khiển thuỷ khí và lập trình PLC….
Là một đồ án không những áp dụng những môn học chủ yếu của ngành, con ứng
dụng một số môn học điều khiển tự động.
Trong đồ án này, hệ thống mà nhóm em chọn để thiêt kế là hệ thống
cưa gỗ bàng lưỡi cưa đĩa tự động điều khiển bằng khí nén và mạch điện. Đây cũng
là một hệ thống có thể ứng dụng tốt cho thực tế, nó sẽ góp phần giảm được nhân
công trong các nhà máy chế biến các sản phẩm từ gỗ như: bàn, ghế, tủ, giường…
mà các sản phẩm này cũng đang được sản xuất rộng rãi tại các nhà máy gỗ do Đài
Loan đầu tư để xuất khẩu
Do đây là đồ án điều khiển tự đông đầu tiên mà nhóm em thiết kế,
nguồn tài liệu và kiến thức còn nhiều han chế nên không thể tránh khỏi những
thiếu sót, mong thầy cô và các bạn thông cảm.
Cuối cùng nhóm em xin cảm ơn Thầy Bùi Trương Vĩ, các thầy bộ
môn và các bạn đã góp ý và giúp đỡ tụi em hoàn thành đồ án này

Nhóm sinh viên thực hiện
Đoàn Ngọc Hậu
Đồng Thành Đạt
Phạm Thanh Phương
SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang3
Đồ án môn học thiết kế hệ thống điều khiển tự động

GVHD:Bùi Trương Vĩ

Chương I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MÁY
Nguyên lý làm việc:
Hình 1_1 sơ đồ nguyên lý hoạt động
S
M1
K2
K3
DC3
DC2
VD
DC1
K1
S
K1
Hình 1_2 sơ đồ mạch điện điều khiển
SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang4
Đồ án môn học thiết kế hệ thống điều khiển tự động
GVHD:Bùi Trương Vĩ
K3
K2
SOL
PT
Hình 1_3 sơ đồ mạch khí nén điều khiển
Khi đóng mạch điện, động cơ 1 hoạt động làm quay băng tải đẩy phôi(
gỗ tấm) đã được cấp sẵn trên băng tải đến khi chạm công tắc hành trình K1. K1 là
công tắc hành trình kết hợp vừa là thường đóng của động cơ 1, vừa là thường mở
của van điện khí nén. Khi phôi chạm vào K1 thì ngắt mạch động cơ 1 làm băng tải
dừng, đồng thời đóng mạch điện của van điện, làm cho van điện có tín hiệu tác

động, cho khí nén qua đẩy pistông co mang lưỡi cưa đang quay cưa đứt phôi. Khi
cắt xong, đến cuối hành trình thì pistông chạm vào nút ấn thường mở K3 đóng
mạch động cơ 2 làm băng tải đưa phôi ra hoạt động mang phôi đã được cắt ra. Khi
phôi đã được cắt ra không còn tác dụng vào K1 nữa thì K1 trở về vị trí ban đầu.
Do pitông vẫn duỗi thẳng nên không tác dụng vào nút ấn thường mở K2 nên động
cơ 1 vẫn không hoạt động. Bên cạnh đó van điện bị ngắt và trở về vị trí ban đầu
nhở tín hiệu tác dụng của lò xo, đưa pistông về vị trí ban đầu và tác dụng vào nút
ấn thường mở K2 dóng mạch động cơ 1. Quá trình hoạt động cư thế được thực
hiện lại như trên cho đến khi ngắt nguồn điện cung cấp vào hệ thống.
Chu trình hoạt động.
Khi ấn nút ấn công tắc start thì động cơ 1 hoạt động ,động cơ 1 truyền động thông
qua bộ truyền xích làm quay băng tải 1 đưa phôi vào, sau một thời gian phôi sẽ
chạm vào công tắc hành trình M1. Lúc này động cơ 1 được ngắt điện, đồng thời
van điện từ 5 cửa 2 vị trí sẽ được đóng điện và động cơ 2 hoạt động, điều khiển
pistong mang lưỡi cắt vào cắt vật liệu,sau một thời gian lưỡi cắt sẽ cắt xong vật
liệu và đến cuối hành trình của pistong sẽ chạm váo công tắc hành trình M3 làm
động cơ 3 quay đưa sản phẩm ra ngoài , khi sản phẩm ra khỏi băng tải 2 sẽ không
còn chạm vào công tắc hành trình M1 làm van 5 cửa 2 vị trí mất điện điều khiển
pistong mang lưỡi cắt rút về. Đến cuối hành trình rút về sẽ chạm vào công tắt hành
trình M2 lúc này động cơ 2 ngưng hoạt động,chu trình lại được tiếp tục.
SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang5
Đồ án môn học thiết kế hệ thống điều khiển tự động
GVHD:Bùi Trương Vĩ
II.Khả năng ứng dụng vào thực tế:
Trong thực tế, hiện nay có rất nhiều cơ sở sản xuất đồ gỗ dân dụng cung
cấp trong nước và dùng làm hàng xuất khẩu. những mặt hàng như giường, tủ, bàn,
ghế… Máy được ứng dụng để cắt gỗ từ tấm hoặc thanh dài thành từng đoạn bằng
nhau đảm bảo được độ chính xác cao, và cung cấp cho các nguyên công gia công
khác là: bào, lắp ghép, đánh bóng và sơn. Nguyên công cát này có thể kết hợp
cùng với nguyên công bào tạo thành một dây chuyền tự động, giảm được nhân

công đồng thời tăng được năng xuất( do kích thước được xác định do máy) đảm
bảo được độ chính xác cao, tạo điều kiện cho việc lắp ghép được chính xác.
Bên cạnh đó, nếu tính toán và chọn lại công suất động cơ theo chế độ
cắt sắt thép, thì máy còn ứng dụng để cắt thép tấm, cắt tôn trong các nhà máy cắt
tôn….Mà chỉ cần tính toán và thay thế cụm dao cắt, còn các bộ phận còn lại vẫn
được giữ nguyên.
Chương II: PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN VÀ THIẾT KẾ
MÁY
Phân tích các phương án và chọn phương án thiết kế
máy:
1.Chọn phương án cắt:
+ Phương án cho lưỡi cưa chạy từ trên xuống:
Đây là phương án thích hợp đối với cắt gỗ có dạng thanh, bề
rộng cắt phải nhỏ hơn đường kính của lưỡi cưa và chiều sâu cắt phải nhỏ hơn bán
kính lưỡi cưa, cần lực cắt lớn( bởi vì chiều dài cắt lớn). Đối với phương án này thì
khi cắt không cần kẹp chặt chi tiết theo phương thẳng đứng, chi cần cố định hai
bên chi tiết, lưỡi cưa thực hiện chuyển động cắt từ trên xuống sẽ tạo nên lực ép
kẹp chi tiết theo phương thẳng đứng. Phương án này có nhiều hạn chế, không ứng
dụng cắt được những phôi có chiều rộng cắt lớn hơn đường kính của lưỡi cưa
+ Phương án cho lưỡi cưa chạy ngang;
Đây là phương án có thể cắt được gỗ có dạng thanh hoặc dạng
tấm có chiều rộng cắt lớn hơn đường kính lưỡi cưa, chiều sâu cắt nhỏ hơn bán
kính lưỡi cưa. lực cắt nhỏ hơn so với phương án trên, ứng dụng cắt được nhiều chi
tiết có chiều rộng cắt khac nhau. Phương án này cần cố định chi tiết theo phương
thẳng đứng và một bên đối diện với lưỡi cưa của chi tiết. Phương án này có nhiều
ưu điểm hơn so với phương án trên nên chọn phương án này để bố trí và thiết kế
máy
SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang6
Đồ án môn học thiết kế hệ thống điều khiển tự động
GVHD:Bùi Trương Vĩ

2.Chọn hệ thống cấp và thoát phôi:
Hệ thống cấp và thoát phôi ở đay có thể sử dụng nhiều loại như:
hệ thống băng tải, hệ thống băng tải sử dụng con lăn, xích tải…Đối với băng tải thì
có hệ thống các con lăn ở phía dưới băng tải để tăng độ cứng vững khi vận chuyển
của băng tải, băng tải chỉ cần cung cấp chuyển động cho một trục, các truc còn lại
và các con lăn chuyển động nhờ ma sát giữa bề mặt con lăn và băng, băng tải có
thể là băng tải dạng đai. Còn đối với băng tai gồm hệ thống các con lăn thì cần
phải cung cấp chuyển độngcho một trục, giữa các trục còn lại và trục được cung
cấp chuyển động cần có thêm một bộ truyền để liên kết chuyển dộng với nhau, do
vậy cần phải thiết kế thêm bộ truyền xích dùng chung cho các trục cần cấp chuyển
động, do đó việc lắp ráp yêu cầu độ chính xác cao hơn xo với băng tải đai nhưng
lại thích hợp với việc vận chuyển các loại nguyên liệu có dạng tâm hơn băng tải
đai. Còn băng tải xích thì có kết cấu gần giống với băng tải đai, việc chế tạo và lắp
ráp băng tải xích yêu cầu độ chính xác cao hơn băng tải đai, khả năng làm việc tốt
hơn băng tải đai nhưng giá thành cao hơn. Do gỗ là loại vật liệu tương đối nhẹ nên
ta sử dụng băng tải đai để thiết kế
3.Chọn hệ thống cung cấp chuyển động tịnh tiến cho
lưỡi cưa:
a.Sống trượt:
Sống trượt là một bộ phận dùng để dẫn hướng cho các bộ phận di
động, ngoài đảm bảo khả năng di động sống trượt còn có nhiệm vụ truyền lực. Do
đó sống trược cần thỏa mãn một số yêu cầu sau:
- Bề mặt làm việc phải chịu độ mài mòn cao
- Phải đảm bảo độ chính xác truyền động
- Các sống trược cần phải có khả năng điều chỉnh khe hở và các biện
pháp bảo vệ để chống nhiễm bẩn và tránh tác dụng trực tiếp của phoi
- Ngoài ra độ cứng vững và độ bền phải đảm bảo yêu cầu
Có nhiều loại sống trượt khác nhau như: sống trượt phẳng, sống
trược lăng trụ, sống trượt rãnh chữ V, sống trược đuôi én, sống trượt hình trụ. Bên
cạnh các sống trược còn có sống lăn

So với sống trượt, sống lăn có hệ số ma sát nhỏ hơn khoảng 20 lần,
việc sửa chữa sống lăn cũng dễ dàng hơn sống trược nhưng sống lăn có giá thành
cao, bề mặt làm việc của sống lăn phải gia công rất chính xác và việc bảo vệ sống
lăn yêu cầu phức tạp hơn. Do đó sử dụng sống trượt để dùng truyền động
Việc sử dụng loại sống trượt nào còn phải tùy thuộc vào kết cấu
của máy. Ở đây, do cần sử dụng 2 sống trượt để truyền động sử dụng sống trượt
trụ, vì sống trượt trụ có kết cấu đơn giản dễ chế tạo nhưng độ cứng vững kém. Do
đó sử dụng 2 sống trượt cùng lúc để tăng độ cứng vững của sống trượt
SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang7
Đồ án môn học thiết kế hệ thống điều khiển tự động
GVHD:Bùi Trương Vĩ
Soáng tröôït
Chi tieát tröôït
Hình 2-1 kết cấu sống trượt trụ
b. Hệ thống thủy lực và khí nén:
Để truyền chuyển động cho máy chạy doc theo sống trượt thì có
thể sử dụng mạch khí nén hoặc mạch thủy lực để truyền chuyển động và truyền
lực. Đối với mạch khí nén thì lực của pittong sinh ra nhỏ và không ổn định do khí
có tính chất nén được và dễ bị mất trong khi truyền, khó điều chỉnh vận tốc khi
cưa, nhưng các thiết bị đơn giản, rẽ tiền. Còn với mạch thủy lực thì lực sinh ra tốt,
ổn định do chất lỏng không có tính nén được, dễ điều chỉnh vận tốc và lực đẩy
bằng cách điều chỉnh lưu lượng nhờ các van tiết lưu. Tuy nhiên các phần tử của hệ
thống thủy lực đắt hơn nhiều so với các phần tử khí nén.
Ở đây ta chọn hệ thống khí nén vì cấu tạo của hệ thống đơn giản so
với hệ thống thủy lực.
Sơ đồ nguyên lý của cụm truyền động cho lưỡi cưa:
SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang8
Đồ án môn học thiết kế hệ thống điều khiển tự động
GVHD:Bùi Trương Vĩ
3

4
2
1
Hình 2_2 sơ đồ nguyên lý cụm truyền động cho lưỡi cưa
1_Lưỡi cưa; 2_ Bộ truyền đai; 3_ Sống trượt; 4_ Động cơ
Tính toán hệ thống dẫn động băng tải:
1.Tính toán băng tải:
Hệ thống cấp phôi vào máy để cưa ta chọn hệ thống dẫn động bằng băng tải
để cấp phôi. Từ trục động cơ qua trục chủ động của băng tải ta chọn bộ truyền
xích và một bộ truyền bánh răng để giảm tốc cho băng tải.
Hình 2_3 sơ đồ kết cấu băng tải
Các số liệu ban đầu: Tốc độ vận chuyển của băng tải: v=2(m/s)
Năng suất vận chuyển của băng tải: Q
Chiều dài của băng tải: L= 2m
Bề rộng băng: B= 600mm
SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang9
Đồ án môn học thiết kế hệ thống điều khiển tự động
GVHD:Bùi Trương Vĩ
Số lượng của lớp lõi: Z= 3
Chọn vật liệu làm băng là vải dệt tổng hợp
Đường kính tang: D> k.Z= 125.3 = 375
Đối với tang dân co Z= 3 thì k = 125
Chọn D = 400mm
Nhằm tạo lực căng ban đầu cho tấm băng để có thể truyền lực ma sát.
Ngoài ra sau thời gian làm việc băng bị dãn nên cần thiết phải căng băng. Sử dụng
vít điều chỉnh cứng để căng băng:
Hình 2_4 kết cấu của vít điều chỉnh
Năng suất vận chuyển của băng tải:
vqQ .36,0=
Mặt khác:Năng suất vận chuyển của băng tải là:

ρ
3600 vAQ =
Với
33
/03,0/30 mTmkg ==
ρ
: khối lượng riêng của ván gỗ
A= 0,5.0,14 = 0,07m
2
: diện tích tiết diện của ván gỗ
Q= 3600.0,07.0,03= 15,12 T/m
3
Lực cản trên những đoạn băng có tải:
W
ct
= ( q
vl
+ q
bt
+ q
cl
)L.c
Chọn c= 1,3: hệ số cản chuyển động
( )
210

/21
2.36,0
12,15
.36,0

δδδρ
++=
===
ZBq
mN
v
Q
q
bt
vl
Chọn:
1,1
0
=
ρ
,
;2,0=
δ

4,0
21
==
δδ
q
bt
= 1,1.0,6.(0,2.3+ 0,4 + 0,4).10
-3
= 0,001N/m
Chọn t= 0,5m
Giả sử trọng lượng phần quay của con lăn : G

cl
= 3N
Trên 2m băng tải có 4 con lăn

mN
t
G
q
cl
cl
/24
5,0
3.4
===⇒
∑
SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang10
Đồ án môn học thiết kế hệ thống điều khiển tự động
GVHD:Bùi Trương Vĩ
Vậy : W
ct
= (21 + 0,001 + 24).1,3.2= 117N
Lực cản chuyển động trên đoạn băng không tải :
W
kt
= (q
bt
+ q
cl’
).L.c
Chọn t’= 1m, số con lăn chịu không tải là 2 con

mN
t
G
q
cl
cl
/6
1
3.2
'
'
===⇒
∑
Vậy : W
kt
= ( 0,001 + 6).1,3.2= 16N
Vậy : W
0
= W
ct
+ W
kt
= 117 + 16 =133N
Công suất của động cơ là :
N
vW
N 28,0
96,0.1000
2.133
.1000

.
0
===
η
Do đó tra bảng P1.3 sách TTTKHDDCK_ Trịnh Chất chọn động cơ
có ký hiệu4a71A6Y3 có công suất của động cơ là : N= 0,37 kW
Số vòng quay của động cơ : n= 920 vg/phút
Số vòng quay của tang :

phutvg
D
v
n
tg
/96
400.14,3
2.1000.60
.
.1000.60
===
π
⇒
6,9
96
920
==i
= i
x
.i
br

Chọn i
x
= 3, i
br
= 3,2
1.Thiết kế bộ truyền xích:
Chọn xích ống con lăn vì giá thành rẻ hơn xích răng.
Định số răng đĩa xích.
Vói tỉ số truyên i=3 chọn số răng đĩa xích dẫn là: Z
1
=25
Số răng đĩa xích bị đẫn là:Z
2
=3.25=75
Vì Z
1
và Z
2
nênlaays số lẻ ăn khớp với số mắt xích chẵn để cho các khớp
bản lề và răng đĩa xích sẽ mòn đều hơn
Hệ số điều kiện sử dụng
K = K
đ
. K
A
. K
0
. K
đc
. K

b
. K
c
Trong đó :
K
đ
− là hệ số xét đến tính chất của tải trọng ngoài, vì tải trọng êm nên K
đ
=1
K
A
− Hệ số xét đến chiều dài xích, chọn A =(30 ÷ 50)t nên K
A
= 1
K
0
− Hệ số xét đến cách bố trí bộ truyền, chọn K
0
= 1
K
đc
− Hệ số xét đến khả năng điều chỉnh lực căng xích, K
đc
= 1,2
K
b
− Hệ số xét đến điều kiện bôi trơn, chọn K
b
= 1,5 vì bôi trơn định kỳ
K

c
− Hệ số xét đến chế độ làm việc của bộ truyền,bộ truyền làm việc 1 ca nên
K
c
= 1
Do đó : K =1.1.1.1,2.1,5.1= 1,8
Hệ số răng của đĩa xích dẫn
SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang11
Đồ án môn học thiết kế hệ thống điều khiển tự động
GVHD:Bùi Trương Vĩ
1
25
25
1
01
===
Z
Z
K
Z
Z
01
: số răng đĩa dẫn của bộ truyền cơ sở
Hệ số vòng quay đĩa dẫn :
08,2
96
200
1
01
===

n
n
K
n
n
01
: số vòng quay đĩa dẫn của bộ truyền cơ sở
Công suất tính toán của bộ truyền:
N
t
= K.K
Z
.K
n
.N = 1,8.1.2,08.0,37=1,39 [KW]
Tra bảng 5-5( tính toán hệ thống dẫn động cơ khí) ta chọn được xích ống con
lăn một dãy có [N] =1,61 [KW] t =12,5 mm.
Kiểm nghiệm số vòng quay theo điều kiện :
gh1
nn ≤
(TKCTM−107-6.9)
Theo bảng 6-5(TKCTM) với bước xích t = 12,5 mm, số răng đĩa dẫn Z
1
= 25, số
vòng quay giới hạn n
gh
của đĩa xích có thể đến 1050[ vg/ph].
có n
1
= 920 vg/ph vậy điều kiện được thoả mãn.

Khoảng cách trục a và số mắt xích:
Chọn sơ bộ khoảng cách trục A A
sb
= 30.t = 30.12,5 = 375[ mm]
Tính số mắc xích :
112
375
5,12
.
14,3.2
2575
5,12
375.2
2
7525
.
2
2
2
2
2
1221
=






−

++
+
=






−
++
+
=
A
t
ZZ
t
A
ZZ
X
π
Chọn X= 112
Kiểm nghiệm số lần va đập trong một giây :
]u[
x.15
n.Z
L
v4
u ≤==
Trong đó :

Z và n là số răng và số vòng quay trong một phút của đĩa xích
L − chiều dài xích
v − vận tốc xích (m/s)
[u] − số lần va đập cho phép trong 1 giây :
69,13
112.15
920.25
==u
Theo bảng 6-7(TKCTM) số lần va đập cho phép trong một giây là [u] =30 cho
nên điều kiện u ≤ [u] được thỏa mãn.
Tính chính xác khoảng cách trục A theo số mắc xích đã chọn :














π
−
−







+
−+
+
−=
2
12
2
2121
2
ZZ
8
2
ZZ
X
2
ZZ
X
4
t
A

374
14,3.2
2575
8
2

7525
112
2
7525
112
4
5,12
2
2
=














−
−







+
−+
+
−=
mm]
SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang12
Đồ án môn học thiết kế hệ thống điều khiển tự động
GVHD:Bùi Trương Vĩ
Để đảm bảo độ võng bình thường tránh cho xích bị căng quá, giảm khoảng cách
trục một khoảng ∆A = 0,003A = 0,003.374=1 [ mm]
Cuối cùng là lấy A = 373 [mm]
Tính đường kính của đĩa xích
− Đường kính vòng chia của đĩa xích dẫn :
73,99
25
180
5,12
180
1
1
===
oo
c
Sin
Z
Sin
t
d

[mm]
Chọn d
c1
= 100mm
− Đường kính vòng chia của đĩa xích bị dẫn :
5,298
75
180
5,12
180
2
2
===
oo
c
Sin
Z
Sin
t
d
[mm]
Chọn d
c2
= 300mm
Tính lực tác dụng lên trục
n.t.Z
N.k.10.6
P.kR
t
7

t
=≈
(TKCTM−109-6.17)
Trong đó :
k
t
: hệ số xét đến trọng lượng xích lên trục, khi bộ truyền nằm ngang
k
t
= 1,15
89
920.5,12.25
37,0.15,1.10.6

10.6
.
7
7
===≈
ntZ
Nk
PkR
t
t
[N]
1.Thiết kế bộ truyền bánh răng:
Chọn vật liệu chế tạo bánh răng:
Bánh nhỏ: chọ thép 35 thưòng hoá

2

/500 mmN
bk
=
σ
;
2
/260 mmN
ch
=
σ
; HB=160
(Phôi rèn, giả thiết đường kính phôi dưới 100mm)
Bánh lớn: chọn thép 35 thường hoá

2
/500 mmN
bk
=
σ
;
2
/260 mmN
ch
=
σ
; HB=160
(Phôi rèn, giả thiết đường kính phôi từ 300mm đến 500mm)
Định ứng suất cho phép:
Ứng suất tiếp cho phép:
Tra bảng 3-9 TKCTM-NXBGD) chọn hệ số ứng suất tiếp xúc k’

N
= 1 và
[σ
NoH
]= 2,6HB: Ứng suất tiếp xúc làm việc cho phép khi bánh răng làm việc lâu
dài:
Ứng suất tiếp cho phép của bánh lớn và bánh nhỏ:
[σ
H
] = 2,6.160 = 416 N/mm
2
SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang13
Đồ án môn học thiết kế hệ thống điều khiển tự động
GVHD:Bùi Trương Vĩ
Ứng suất uốn cho phép:
Lấy hệ số chu kỳ ứng suất uốn k”
N
= 1
Giới hạn mỏi uốn thép 35 là:

2
35,1
/225500.45,0.45,0 mmN
bk
===
−
σσ
Chọn hệ số an toàn SF = 1,5 và hệ số tập trung ứng suất tại chân răng k
σ
= 1,8

Ứng suất uốn cho phép ở hai bánh:
Bánh lớn:
[ ]
2
"
45,1
/125
8,1.5,1
1.225.5,1
5,1
mmN
ks
k
F
N
F
===
−
σ
σ
σ
Sơ bộ chọn hệ số tải trọng k = 1,3
Chọn hệ số chiều rộng bánh răng: ψ
aw
= 0,3
Chọn số răng và môdun của các bánh răng:
Số răng bánh chủ động: Z
1
= 20
Số răng bánh bị động là: Z

2
= Z
1
.i
br
= 20.3,2= 64
Chọn mô đun của các bánh răng m= 2,5
Tính khoảng cách trục a
w
:
a
w
= 0,5.m.(Z
1
+Z
2
)= 0,5.2,5.(20 + 64)= 105mm
Chọn a
w
= 161 mm
Chiều rộng bánh răng:

mmab
www
5,313,0.105. ≈==
ψ
Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng:
Hệ số dạng răng:
Bánh nhỏ: y
1

= 0,392
Bánh lớn: y
2
= 0,517
Kiểm nghiệm sức bền uốn đối với răng bánh nhỏ :
2
2
6
1
2
1
6
1
/36,18
5,31.66,306.20.5,2.392,0
35,0.3,1.10.1,19

10.1,19
mmN
bnZmy
Nk
wIIn
II
F
===
σ
[ ]
125
11
=<⇒

FF
σσ
Bánh lớn :
2
2
1
12
/92,13
517,0
392,0
.36,18. mmN
y
y
FF
===
σσ
[ ]
125
22
=<⇒
FF
σσ
Kiểm nghiệm sức bền của răng khi chịu quá tải đột ngột trong thời gian
ngắn :
- Ứng suất tiếp xúc cho phép :
[ ]
[ ]
2
22
/1040416.5,2.5,2 mmN

HHqt
===
σσ
- Ứng suất uốn cho phép :
[ ]
2
352
/208260.8,0.8,0 mmN
chFqt
===
σσ
- Kiểm nghiệm sức bền tiếp xúc :
SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang14
Đồ án môn học thiết kế hệ thống điều khiển tự động
GVHD:Bùi Trương Vĩ

( )
IIIw
qtIIbrc
brcw
Hqt
nb
kNku
ua .
1
.
.
10.05,1
3
6

1
+
=
σ

( )
2
3
6
1
/39,390
96.5,31
4,1.35,0.3,1.12,3
.
2,3.105
10.05,1
mmN
Hqt
=
+
=
σ
Trong đó hệ số quá tải : k
qt
= 1,4

[ ]
11 HqtHqt
σσ
<⇒

và
[ ]
2Hqt
σ
- kiểm nghiệm sức bền uốn :
Bánh nhỏ :

2
11
/704,254,1.36,18. mmk
qtFFqt
===
σσ
[ ]
11 FqtFqt
σσ
<⇒
Bánh lớn :

2
22
/488,194,1.92,13. mmNk
qtFFqt
===
σσ
[ ]
22 FqtHqt
σσ
<⇒
Các thông số của bộ truyền :

Môđun pháp : m
n
= 2,5 mm
Số răng : Z
1
= 20; Z
2
= 64
Góc ăn khớp :
0
20=
w
α
Đường kính vòng chia( lăn ):

mmZmd
w
5020.5,2.
11
===

mmZmd
w
16064.5,2.
22
===
Khoảng cách trục:
a
w
= 105

chiều rộng bánh răng: b
w
= 31,5
Đường kính vòng đỉnh:

mmd
mmd
a
a
1655,2.2160
555,2.250
2
1
=+=
=+=
Đường kính còng chân:

mmd
mmd
f
f
75,1535,2.5,2160
75,435,2.5,250
2
1
=−=
=−=
Lực tác dụng lên trục:
Lực vòng:

N
nd
N
d
T
F
ww
II
t
436
66,306.50
35,0.10.55,9.2
.
.10.55,9.2
.2
6
1
6
1
====
Lực hướng tâm:

NtgtgFF
wtr
15920.436. ===
α
SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang15
Đồ án môn học thiết kế hệ thống điều khiển tự động
GVHD:Bùi Trương Vĩ
2.Thiết kế trục:

Chọn vật liệu làm trục là thép 45, thường hoá.
Đường kính sơ bộ của trục được tính theo công thức
[ ]
mm
n
N
Cd ,.
3
≥
Trong đó: d - đường kính trục
N - công suất truyền [KW]
n - số vòng quay trong một phút của trục
C - hệ số tính toán, lấy C = 120
+ Trục I:
N = 0.37 [KW]
n = 96 [vg/ph]
⇒
[ ]
mmd 8,18
96
37.0
.120
3
1
=≥
Để chuẩn bị cho bước tính gần đúng tiếp theo ta có thể lấy d
2
= 18 [mm]
Tra bảng 14P (TKCTM) chọn được ổ bi đỡ cỡ trung có chiều rộng B = 12 [mm]
Để tính kích thước chiều dài của trục chọn các kích thước sau:

+ Khoảng cách giữa khe hở bánh xích và thành trong của hộp: a = 10 [mm]
+ Khoảng cách từ cạnh ổ đến thành trong của hộp giảm tốc: l
1
= 10 [mm]
+ Khoảng cách từ mặt bên của chi tiết quay ngoài hộp đến ổ: l
2
= 20 [mm]
Trục II:
SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang16
Đồ án môn học thiết kế hệ thống điều khiển tự động
GVHD:Bùi Trương Vĩ
L
32828
M
x
M
uy
M
ux
l
1
R
Y
B
X
B
B
A
T
W

0
25900
6867
5048
13843
m
Hình 2_5 biểu đồ mômen lực tác dụng lên trục


][75,31
2
12
2
5,31
10
22
1
mm
Bb
al =++=++=
L=700[mm]
Các thông số:
W
0
= 133N
T=F
t
=436[N]
R= F
r

=159[N]
Mx=
[ ]
N.mm
96
.0,339,55.10
n
.N9,55.10
6
1
Ii
6
32828==
Tính phản lực ở các gối trục:
N
L
lR
L
W
X
B
74
700
159.75,31
2
700
.133.
2
10
=

+
=
+
=
X
A
= R + X
B
- W
0
= 159 + 74 - 133= 100N
N
L
lT
Y
B
20
700
75,31.436
.
1
===
SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang17
Đồ án môn học thiết kế hệ thống điều khiển tự động
GVHD:Bùi Trương Vĩ
Y
A
= T + Y
B
= 242 + 20= 262N

Tính mô men uốn ở tiết diện nguy hiểm:
Ở tiết diện A:

22
uxuyu
MMM +=
Trong đó:
mmNM
mmNlRM
mmNlTM
u
ux
uy
.14735504813843
.504875,31.159.
.1384375,31.436.
22
1
1
=+=⇒
===
===
Đường kính trục tại tiết diện trên là:
3
][1,0
σ
td
M
d ≥
Trong đó:

mmNMMM
xutd
.3202232828.75,014735.75,0
2222
=+=+=
Tra bảng 7-2_TKCTM-NXBGD chọn
2
/50][ mmN=
σ
mmd
mm
57,18
50.1,0
32022
3
==⇒
−
Chọn đường kính trục d= 20mm
Ở tiết diện m:

22
uxuyu
MMM +=
Trong đó:
mmNM
mmNlXM
mmNlYM
u
Bux
Buy

.26795259006867
.25900350.74.
.6867350.20.
22
1
1
=+=⇒
===
===
Đường kính trục tại tiết diện trên là:
3
][1,0
σ
td
M
d ≥
Trong đó:
mmNMMMM
uxutd
.26795.75,0
22
==+=
Tra bảng 7-2_TKCTM-NXBGD chọn
2
/50][ mmN=
σ
mmd
mm
49,17
50.1,0

26795
3
==⇒
−
Vậy chọn d
m
= 20 mm
Kiểm nghiệm trục theo hệ số an toàn
Hệ số an toàn được tính theo công thức
[ ]
n
nn
nn
n ≥
+
=
22
.
τσ
τσ
SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang18
Đồ án môn học thiết kế hệ thống điều khiển tự động
GVHD:Bùi Trương Vĩ
n
σ

- hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp
ma
k
n

σψσ
βε
σ
σ
σ
σ
σ
+
=
−
.
.
1
Vì trục quay nên ứng suất pháp (uốn) biến đổi theo chu kỳ đối xứng
σ
a
= σ
max
= σ
min
=
W
M
u
; σ
m
= 0
vậy
a
k

n
σ
βε
σ
σ
σ
σ
.
1−
=
n
τ

- hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp
ma
k
n
τψτ
βε
τ
τσ
τσ
τ
τ
+
=
−
.
.
1

Bộ truyền làm việc một chiều nên ứng suất tiếp (xoắn) biến đổi theo chu
kỳ mạch động.
τ
a
= τ
min
=
o
x
W
M
.22
max
=
τ
;
σ
-1
- giới hạn mỏi uốn
σ
-1
= 0,45.σ
b
= 0,45.600 = 270 [N/mm
2
]
(trục làm bằng thép 45 nên có σ
b
= 600 [N/mm
2

]
τ
-1
- giới hạn mỏi xoắn
τ
-1
= 0,25.σ
b
= 0,25.600 = 150 [N/mm
2
]
ψ
σ

và ψ
τ

- hệ số xét đến ảnh hưởng của trị số ứng suất trung bình đến sức bền
mỏi
Với thép cacbon trung bình có thể lấy
ψ
σ
=0,1; ψ
τ
= 0,05
β - hệ số tăng bền: Ở đây không dùng các biện pháp tăng bền nên lấy β
= 1
ε
σ
và ε

τ
- hệ số kích thước: xét ảnh hưởng của kích thước tiết diện trục
đến giới hạn mỏi ( tra bảng 7-4).
k
σ

và k
τ
- hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn và xoắn
[n] - hệ số an toàn cho phép: trong điều kiện làm việc bình thường lấy [n] =
1,5
* Đối với trục I:
Momen cản uốn
][785
32
20.14,3
32
3
33
mm
d
W ===
π
Momen cản xoắn
][1570
16
20.14,3
16
3
33

mm
d
W
o
===
π
SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang19
Đồ án môn học thiết kế hệ thống điều khiển tự động
GVHD:Bùi Trương Vĩ
2
/77,18
785
14735
mmN
W
M
u
a
===
σ
2
0
/45,10
1570.2
32828
.2
mmN
W
M
x

a
===
τ
Chọn hệ số k
σ

, k
τ
, ε
σ
và ε
τ
Theo bảng 7-4 (TKCTM) lấy
ε
σ
= 0,88
ε
τ
= 0,77
Theo bảng 7-8 (TKCTM) tập trung cho rãnh then
k
σ
= 1,63
k
τ
= 1,5
Tỷ số:
85,1
88,0
63,1k

==
σ
σ
ε
95,1
77,0
5,1k
==
τ
τ
ε
Tập trung do cắt răng, ta chọn kiểu lắp T3, áp suất sinh ra trên bề mặt lắp
ghép ≥ 30 [N/mm
2
] tra bảng 7-10 ta có:
6,2=
σ
σ
ε
k
( )
96,116,2.6,011.6,01 =−+=









−+=
σ
σ
τ
τ
εε
kk
Thay các giá trị tìm được vào công thức (7-6) và (7-7) ta được:

53,5
77,18.6,2
270
==
σ
n
14,7
45,10.05,045,10.96,1
150
=
+
=
τ
n
37,4
14,753,5
14,7.53,5
22
=
+
=n

Hệ số an toàn được thoả mãn.
III Cơ cấu kẹp phôi:
Cơ cấu kẹp phôi được sử dụng ở đây là hệ thống các con lăn và được
tạo lực kẹp nhờ lực đàn hồi của lò xo. Bên cạnh đó, việc cố định phôi khỏi dịch
chuyển khi cưa ta cũng dùng các con lăn thảng đứng để cố định:
SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang20
Đồ án môn học thiết kế hệ thống điều khiển tự động
GVHD:Bùi Trương Vĩ
3
2
1
Hình 2_5 cơ cấu kẹp phôi
1_ Lò xo; 2_ Con lăn kẹp phôi; 3_ Băng tải
2
1
Hình 2_6 cơ cấu cố định phôi
1- Con lăn; 2_ Phôi
SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang21
Đồ án môn học thiết kế hệ thống điều khiển tự động
GVHD:Bùi Trương Vĩ
Chương III: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
Hệ thống điều khiển trong đồ án này dùng mạch điện khí nén. Trong
sơ đồ mạch điện điều khiển sử dụng 3 công tất hành trình để điều khiển các phần
tử trong hệ thống: công tất M1 là một nút ấn kết hợp giữa thường đóng và thường
mở để điều khiển van điện VD và động cơ DC1 để cấp phôi vào, còn công tất K2
là công tất thường mở dùng để điều khiển động cơ DC1 khi pistông lùi về cuối
hành trình, còn công tất K3 dùng để điều khiển động cơ DC2 để đẩy phôi đã được
cưa ra ngoài. Bên cạnh đó, trong mạch điện còn sử dụng một rơ le điện từ S để
điều khiển tiếp điểm thường đóng S, tiếp điểm thường đóng S dùng để ngắt và
đóng động cơ DC3 cung cấp chuyển động cho lưỡi cưa.

Hệ thống điều khiển mạch điện:
Hình 3_1 sơ đồ mạch điện điều khiển
Hệ thống điều khiển bằng khí nén:
Sơ đồ mạch khí nén sử dụng một pistong_xilanh để truyền chuyển động
chạy dao khi cắt, một van tiết lưu để điều chỉnh tốc độ chạy dao cho phù hợp,
tránh hiện tượng tốc độ chạy dao quá lớn làm kẹt dao không cắt được. Một van
điện 5/2 tác động một đầu bàng nam châm điện và một đầu bằng lò xo để cấp khí
cho pistong và được điều khiển bởi công tất K1
SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang22
Đồ án môn học thiết kế hệ thống điều khiển tự động
GVHD:Bùi Trương Vĩ
pt
K2
K3
VD
Hình 3_2 sơ đồ mạch khí nén điều khiể


TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Bài giảng: BÀI Thủy khí và lập trình PLC _ Trần Ngọc Hải.
[2] Giáo trình: Hệ thống truyền động thủy khí_ Trần Xuân Tùy và
Trần Ngọc Hải.
[3] Thiết kế chi tiết máy (Tác giả :Nguyễn Trọng Hiệp - Nguyễn Văn
Lẫm) Nhà xuất bản giáo dục – 1999
[4]Tính toán thiết kế hệ dẫn đông cơ khí_ Trịnh Chất và Lê Văn Uyển
[5] Giáo trình: Trang bị điện_ Lê Tiến Dũng
[6] Giáo Trình: Thiết bị nâng chuyển_ Nguyễn Xuân Hùng


SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang23